Fabrício Mainenti
RedatorA complexidade dos computadores quânticos é extraordinária. Sua construção pode empregar diversas estratégias muito diferentes, como qubits supercondutores, armadilhas de íons ou átomos neutros, entre outras tecnologias, mas todas compartilham algo em comum: seu poder é, em grande parte, consequência de sua complexidade — a complexidade inerente a qualquer dispositivo projetado para explorar as leis da física quântica.
O que surpreende é que, apesar de sua sofisticação e exotismo, agora é possível simular com precisão um pequeno processador quântico usando hardware convencional. De fato, um grupo de pesquisa do Quantum Systems Accelerator e da Divisão de Matemática Aplicada e Pesquisa Computacional da Universidade da Califórnia, Berkeley (EUA), conseguiu isso.
Esta não é a primeira vez que um processador quântico é simulado, mas até agora, ninguém havia conseguido emular todos os detalhes físicos antes de sua fabricação.
Uma nova era no projeto de chips quânticos começa
Eis um fato impressionante: os pesquisadores de Berkeley mencionados no parágrafo anterior realizaram sua simulação de um chip quântico usando o supercomputador Perlmutter, que contém 7.168 GPUs NVIDIA. Para atingir seu objetivo, eles utilizaram quase todas as GPUs por 24 horas ininterruptas, o que demonstra o esforço computacional gigantesco.
Mas eles conseguiram. Modelaram um chip quântico multicamadas com 10 mm de largura e 0,3 mm de espessura, simulando com precisão como os sinais se propagam e interagem dentro desse processador.
Esta declaração de Andy Nonaka, um dos cientistas do Acelerador de Sistemas Quânticos de Berkeley, expressa claramente a importância desse marco:
"Não tenho conhecimento de ninguém que tenha modelado fisicamente circuitos microeletrônicos na escala completa do sistema Perlmutter. Estávamos usando quase 7.000 GPUs [...] Dividimos o chip em 11 bilhões de células de grade e conseguimos executar mais de um milhão de passos de tempo em sete horas, o que nos permitiu avaliar três configurações de circuito em um único dia. Essas simulações não seriam possíveis nesse período sem o sistema completo".
O que realmente faz a diferença é a precisão com que eles conseguiram projetar e simular seu processador quântico.
“Realizamos uma simulação física de comprimento de onda completo, o que significa que nos preocupamos com o material usado no chip, seu design, como o metal é conectado (usando nióbio ou outros tipos de fios metálicos), como os ressonadores são construídos, seu tamanho, formato e o material utilizado [...] Nos preocupamos com esses detalhes físicos e os incluímos em nosso modelo”, explica Nonaka.
À primeira vista, podemos concluir que usar quase 7.000 GPUs por 24 horas, com o esforço computacional e o gasto de energia que esse processo acarreta, para simular um chip quântico com apenas 10 mm de largura e 0,3 mm de espessura não é uma tarefa fácil. Mas é.
Graças a essa tecnologia, agora será possível projetar hardware quântico de forma mais rápida e eficiente. Bert de Jong, diretor do Berkeley Quantum Systems Accelerator, nos convida a olhar para o futuro da computação quântica com otimismo:
"Esta simulação sem precedentes é um passo crucial para acelerar o projeto e o desenvolvimento de hardware quântico. Chips mais potentes e de maior desempenho desbloquearão novas capacidades para pesquisadores e abrirão novos caminhos na ciência".
Imagem | Gerada por Xataka com Gemini
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